Description
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Datenbanken sind unverzichtbare Basis fast aller heutigen Informationssysteme. Dieses Buch vermittelt Ihnen das notwendige Grundlagenwissen dazu, vor allem zu relationalen Datenbanksystemen. Der Inhalt orientiert sich an den neuesten Empfehlungen der Gesellschaft für Informatik für das Studienfach Informatik. Im Mittelpunkt des praktischen Teils stehen die Datenbankmanagementsysteme Oracle Database XE und MySQL. Mit den zahlreich vorhandenen Übungsaufgaben können Sie Ihren Lernfortschritt überprüfen. Musterlösungen sind vorhanden.
Contents
Einleitung 19
Über dieses Buch 19
Konventionen in diesem Buch 20
Was Sie nicht lesen müssen 21
Törichte Annahmen über den Leser 21
Wie dieses Buch aufgebaut ist 22
Teil I: Einführung in Datenbanksysteme 22
Teil II: Von der Aufgabenstellung zur relationalen Datenbank 22
Teil III: Zugriff auf relationale Datenbanken mit SQL 22
Teil IV: Die Verwaltung einer relationalen Datenbank 22
Teil V: Objektrelationale Datenbanksysteme 23
Teil VI: Grundlagen von Datenbankanwendungen 23
Teil VII: Der Top-10-Teil 23
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23
Wie es weitergeht 24
Teil I Einführung in Datenbanksysteme 25
Kapitel 1 Wozu Datenbanksysteme da sind 27
Daten und ihre Speicherung 27
Ein einführendes Beispiel 30
Aufgaben 36
Vertiefungsfragen 36
Übungen 36
Kapitel 2 Definition und Architektur von Datenbanksystemen 37
Dateiverarbeitung: Ein Überblick 37
Merkmale von Anwendungen mit Dateizugriff 37
Datenbanksysteme: Architektur und Definition 41
Eigenschaften von Datenbanksystemen 42
Datenbank- und Informationssysteme 44
Wer macht was 44
Gesellschaftliche Auswirkungen großer Datenbanken 45
Aufgaben 46
Wiederholungsfragen 46
Vertiefungsfragen 46
Kapitel 3 Überblick über Datenmodelle 47
Klassifikation von Daten 47
Datenmodelle 48
Ein historischer Überblick 50
Das netzwerkartige Datenmodell 51
Das relationale Datenmodell 54
Tabellen 54
Beziehungen 55
Datenbankschema 56
Beispiel 56
NoSQL-Datenmodelle 57
Spaltenorientierte Datenbanken 57
Dokumentenorientierte Datenbanken 58
Vergleich von NoSQL- und relationalen Systemen 59
Benutzungsschnittstellen 59
Übersicht über Datenbanksysteme 61
Aufgaben 62
Übungsaufgaben 62
Vertiefungsfragen 62
Übungen 62
Kapitel 4 Vorgehensweise bei der Datenbankentwicklung 63
Ein einfacher Software-Entwicklungsprozess 63
Wie schreibt man Programme 63
Überblick über aktuelle Vorgehensweisen 65
Phasenmodell der Datenbankentwicklung 66
Die Datenbank kommt ins Spiel 66
Von der Anforderungsanalyse zu Betrieb und Wartung 67
Die Anforderungsanalyse im Detail 70
Erhebungstechniken 70
Ergebnis der Anforderungsanalyse 71
Der Datenbankentwurf im Detail 71
Semantischer Entwurf 72
Logischer Entwurf 72
Physischer Entwurf 73
Beispiel 73
Ein Beispiel mit Anforderungsanalyse und Entwurf 74
Aufgaben 78
Wiederholungsfragen 78
Vertiefungsfragen 79
Übungen 79
Teil II Von der Aufgabenstellung zur relationalen Datenbank 81
Kapitel 5 Semantische Modellierung einer Datenbank 83
Entitätstypen, Attribute und Beziehungen 83
Entitätstypen 83
Attribute 85
Beziehungen 86
Beziehung oder Attribut 89
Die Entity-Relationship-Modellierung 90
Entitätstypen und Attribute 90
Beziehungen 91
Erweiterung des klassischen ER-Modells: die MC-Notation 93
Beispiele 95
Weitere Notationsformen 99
Semantische Modellierung mit UML-Klassendiagrammen 100
Klassendiagramme 101
Beziehungen in UML-Klassendiagrammen 101
Constraints bei Beziehungen 103
Aufgaben 104
Wiederholungsfragen 104
Vertiefungsfragen 104
Übungen 104
Kapitel 6 Das relationale Datenbankmodell im Detail 107
Erläuterungen zum Begriff »Relation« 107
Relationen sind Mengen 107
Konstruktionsregeln für Relationen 109
Primär- und Fremdschlüssel 110
3-Ebenen-Architektur 112
Datenunabhängigkeit 112
Sichten und Schemata 112
Merkmale relationaler Datenbanken 115
Integritätsaspekte relationaler Datenbanken 117
Schlüsselintegrität 118
Typintegrität 120
Referenzielle Integrität 120
Transaktionsintegrität 121
Relationenalgebra im Überblick 125
Mengenoperationen der Relationenalgebra 125
Das kartesische Produkt 127
Spezielle Operationen der Relationenalgebra 128
Beispiele für Datenbankabfragen mit der Relationenalgebra 131
Aufgaben 132
Wiederholungsfragen 132
Übungen 132
Kapitel 7 Entwurf und Implementierung des Datenbankschemas 135
Umsetzung eines Entity-Relationship-Diagramms in ein Datenbankschema 135
Entitätstypen und Attribute 135
Beziehungen 136
Tabellen und ihre Attribute 140
Woran erkennt man gut strukturierte Tabellen? 141
Das Anomalie-Problem 141
Kriterien einer guten Zerlegung von Tabellen 142
Normalisierung 145
Die erste Normalform 145
Die zweite Normalform 146
Die dritte Normalform 148
Die Boyce-Codd-Normalform 150
Zusammenfassung 150
Erzeugen der Tabellen mit SQL 151
Syntax der SQL-Definitionen 151
Der Befehl CREATE TABLE 152
Datentypen 153
Integritätsbedingungen (Constraints) 154
Automatische Schlüsselgenerierung 158
Änderung der Tabellenstruktur 159
Aufgaben 160
Wiederholungsfragen 160
Vertiefungsfragen 161
Übungen 161
Teil III Zugriff auf relationale Datenbanken mit SQL 165
Kapitel 8 Die DML-Befehle von SQL 167
SQL und relationale Datenbanksysteme 167
Der SELECT-Befehl im Überblick 168
Der INSERT-Befehl 172
Einzelne Tupel speichern 173
Mehrere Tupel speichern 173
Attribute mit automatisch vergebenen Werten 174
Der UPDATE-Befehl 175
Der DELETE-Befehl 176
DML-Befehle und Fremdschlüssel 176
Aufgaben 178
Wiederholungsfragen 178
Vertiefungsfragen 178
Übungen 178
Kapitel 9 Der SELECT-Befehl im Detail 179
Datenbankschema für die Beispiele 179
Abfrage einer einzelnen Tabelle 180
Zählen und Sortieren 180
Numerische Operatoren 182
String-Operatoren 184
Logische Operatoren 185
Mengenwertige Filter 186
Behandlung von NULL-Werten 186
Abfragen über mehrere Tabellen 189
Mengenoperatoren 189
Join in der Where-Klausel 190
Der Join-Operator 193
Der EXISTS-Quantor 195
Gruppierung mit »GROUP BY« 197
Unterabfragen 199
Subselect in der Where-Klausel 200
Subselect in der From-Klausel 201
Subselect in der Select-Klausel 202
Aufgaben 204
Wiederholungsfragen 204
Übungen 204
Teil IV Die Verwaltung einer relationalen Datenbank 207
Kapitel 10 Benutzersichten 209
Was sind Benutzersichten? 209
Definition von Views 209
Beispiele für Views 210
Vorteile von Views 212
Datenunabhängigkeit 212
Datenschutz durch Views 212
Vordefinition von SQL-Abfragen 213
Views und die Generalisierung/Spezialisierung 213
Untertypen als View 214
Obertyp als View 215
DML-Operationen bei Views 216
Aufgaben 218
Wiederholungsfragen 218
Vertiefungsfragen 218
Übungen 218
Kapitel 11 Datensicherheit und Zugriffsrechte bei Datenbanken 221
Datensicherheit und Datenschutz 221
Was bedeutet das? 221
Schutzziele und Schutzmechanismen bei Datenbanken 222
Benutzer und ihre Zugriffsrechte 224
Benutzer 224
Rollen 224
Vergabe von Zugriffsrechten 225
Zurücknahme von Rechten 227
Aufgaben 228
Vertiefungsfragen 228
Übungen 228
Kapitel 12 Datenbankoptimierung 229
Einflussmöglichkeiten bei SQL-Abfragen 229
Übersetzung und Optimierung 230
Transaktionsverarbeitung 232
Speicherverwaltung 232
Ansatzpunkte für Tuning-Möglichkeiten 232
Indizes als Zugriffspfade 233
Klassischer Index 234
Bitmap-Index 236
Der Ausführungsplan 237
Partitionierung 238
Range-Partitionierung 239
List-Partitionierung 240
Hash-Partitionierung 241
Optimierung des Datenbankschemas 241
Zusammenfassung von Relationen 242
Einführung redundanter Daten 242
Zerlegung einer Relation in mehrere kleinere 243
Spaltenorientierte Speicherung 243
Hardware und Systemumgebung 245
Einige Tipps zur Performance-Steigerung 245
Das sollten Sie beachten 245
Ein Beispiel 246
Aufgaben 247
Wiederholungsfragen 247
Vertiefungsfragen 247
Übungen 247
Teil V Objektrelationale Datenbanksysteme 249
Kapitel 13 Objektorientierung und relationale Datenbanksysteme 251
Objektorientierte Softwareentwicklung 251
Eigenschaften von Objekten 251
Beziehungen zwischen Klassen 252
Die Generalisierung/Spezialisierung 252
Übertragung objektorientierter Konstrukte in die relationale Datenbankwelt 253
Schachtelung von Objekten 253
Assoziation, Aggregation und Komposition bei relationalen Datenbanken 254
Generalisierung/Spezialisierung und relationale Datenbanken 254
Der Begriff »Impedance Mismatch« 255
Das objektrelationale Datenbankmodell 256
Relationale Datenbanken und Objektorientierung 256
Merkmale des objektrelationalen Datenbankmodells 257
Beispiele für objektrelationale Strukturen 259
Aufgaben 260
Wiederholungsfragen 260
Vertiefungsfragen 260
Übungen 260
Kapitel 14 Arbeiten mit objektrelationalen Tabellen 263
Einige objektrelationale Strukturen 263
Tabellen mit UDT als Attribut 264
Tabellen mit Listen als Attribut 267
Tabellen mit Tabellen als Attribut 269
Aufgaben 272
Wiederholungsfragen 272
Vertiefungsfragen 272
Übungen 272
Teil VI Grundlagen zur Erstellung von Datenbanksystemen 273
Kapitel 15 Trigger und Stored Procedures 275
Architektur von Datenbank-Anwendungsprogrammen 275
PL/SQL 277
Grundlagen 277
Cursor-Verarbeitung 278
Trigger 279
Arten von Triggern 279
Syntax 280
Beispiele 282
Stored Procedures 285
Beispiele 285
Aufgaben 286
Wiederholungsfragen 286
Vertiefungsfragen 286
Übungen 287
Kapitel 16 Programmieren oder Generieren von Datenbankanwendungen 289
JDBC 289
Architektur und Funktionalität 289
PDO: PHP und MySQL 294
Generieren von Web-Anwendungen 296
APEX-Grundlagen 296
Beurteilung 297
Aufgaben 298
Wiederholungsfragen 298
Vertiefungsfragen 298
Übungen 298
Kapitel 17 Anwendungsbereiche relationaler Datenbanken 299
Informationssysteme in Unternehmen 299
Relationale Datenbanken als Basis von Data-Warehouse-Systemen 300
Definition und Grundlagen 300
Relationale Datenbank als Data Warehouse 303
Geo-Datenbanken als Anwendung objektrelationaler Systeme 305
Einführung 305
Oracle Spatial (Locator) 306
Aufgaben 309
Wiederholungsfragen 309
Vertiefungsfragen 309
Übungen 310
Kapitel 18 SQL oder nicht SQL 311
Zusammenfassung 311
Merkmale relationaler Datenbanksysteme 312
Welche Datenbank für welches Problem? 312
Aufgaben 313
Vertiefungsfragen 313
Teil VII Der Top-10-Teil 315
Kapitel 19Die 10 größten Fehler beim Entwurf relationaler Datenbanken 317
Verletzung der Normalformen 317
Schlecht gewählte Variablennamen und Datentypen 318
Keine Check-Klauseln für Attribute 318
Keine Fremdschlüsseldefinitionen 318
Redundante Daten 318
Datenbankdateien und deren Kopien auf demselben Laufwerk 319
Keine vollständige und korrekte Abbildung des semantischen Modells 319
Zu wenig Absprache mit dem Anwender 320
Glossar nicht überprüft bzw. angepasst 320
Nicht genügend Testdaten 320
Kapitel 20 Die 10 wichtigsten SQL-Befehle und ihre Varianten 323
SELECT mit einer Tabelle 323
SELECT mit mehreren Tabellen (Join) 324
SELECT mit Gruppierung 324
SELECT mit Unterabfrage 325
INSERT 325
UPDATE 325
DELETE 326
CREATE 326
DROP 327
COMMIT und ROLLBACK 327
Kapitel 21 10 Fragen bei der Entity-Relationship-Modellierung 329
ER-Modellierung oder UML? 329
Welche Schreibweise? 330
Sind die Entitätstypen korrekt gebildet? 330
Sind alle notwendigen Beziehungen erkannt? 330
Redundante Beziehungen oder nicht? 331
Gibt es existenzabhängige Entitätstypen? 331
1:1-Beziehung: muss das sein? 332
Stimmen die Kardinalitäten? 332
Ist das ER-Diagramm mit dem Anwender abgesprochen? 332
Ist das Glossar korrekt? 332
Anhang 333
Lösungen zu den Übungen 335
Übungen zu Kapitel 1 335
Übungen zu Kapitel 3 336
Übungen zu Kapitel 4 337
Übungen zu Kapitel 5 337
Übungen zu Kapitel 6 339
Übungen zu Kapitel 7 341
Übungen zu Kapitel 8 344
Übungen zu Kapitel 9 344
Übungen zu Kapitel 10 348
Übungen zu Kapitel 11 351
Übungen zu Kapitel 12 351
Übungen zu Kapitel 13 352
Übungen zu Kapitel 14 355
Übungen zu Kapitel 15 356
Übungen zu Kapitel 16 358
Übungen zu Kapitel 17 360
Literaturverzeichnis 363
Stichwortverzeichnis 367
